專利名稱：一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種恒電位儀，尤其是涉及一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀。
背景技術(shù)：
陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)石油、石化、港口、碼頭和市政管道中使用的鋼材料具有很好的防 腐蝕作用。陰極保護(hù)系統(tǒng)有犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)和外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)兩種。外加 電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中的輸出電流可調(diào)節(jié)，其保護(hù)范圍廣，成本更經(jīng)濟(jì)且更安全可靠。相 比犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)，外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)是使用更為廣泛的一種陰極保護(hù)方 式。其基本原理是利用外部直流電源取得陰極極化電流來防止金屬結(jié)構(gòu)腐蝕。當(dāng)外加電 流大于腐蝕電流時(shí)，金屬獲得電子的速度大于失去電子的速度，在金屬表面將積累過剩 的電子，這意味著金屬將不會(huì)因?yàn)槭ル娮佣趸P。此時(shí)，電極電位向負(fù)極移動(dòng)，當(dāng) 負(fù)電位達(dá)到足夠大時(shí)，被保護(hù)金屬便被認(rèn)為停止了腐蝕。
外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的核心部件就是陰極保護(hù)的電源設(shè)備，它起到給整個(gè)系統(tǒng)供 電的作用，并自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流和電壓，使被保護(hù)金屬表面電位控制在恒定電位，從而 達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果。
目前國內(nèi)主要使用的陰極保護(hù)電源設(shè)備是恒電位儀。目前使用的恒電位儀主要存在 的問題如下
1、 恒電位儀的使用和設(shè)置過程復(fù)雜，操作起來比較麻煩。如沒有自動(dòng)斷電測試功能，
不能計(jì)算IR降；不具備自動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)置和調(diào)用功能，導(dǎo)致非正常關(guān)機(jī)后，需要經(jīng)過特殊 培訓(xùn)的專業(yè)人員才能啟用，為在長輸管道和邊遠(yuǎn)地區(qū)的陰極保護(hù)系統(tǒng)的管理上帶來麻 煩；
2、 大部分的恒電位儀不具有通訊功能，或需要外加電位傳送器才能進(jìn)行簡單通訊；
3、 儀器故障診斷復(fù)雜，需要專業(yè)人員才能進(jìn)行。這導(dǎo)致維修費(fèi)用的增加和維修時(shí)間 的延長；
4、 紋波系數(shù)大，輸出的電流中交流成分太大，經(jīng)常帶來交流干擾，導(dǎo)致整個(gè)陰極保 護(hù)系統(tǒng)不能工作或失真。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種陰極保護(hù)系統(tǒng)中具有斷電測試功能，故 障自動(dòng)識(shí)別功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通訊功能的恒電位儀。這種恒電位儀具有參數(shù)設(shè)置人性化、 故障識(shí)別自動(dòng)化、數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于水利、市政、石油、石化、電力、 化工等鋼工程的陰極保護(hù)領(lǐng)域，特別適用于陰極保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化管理要求。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀， 包括功率轉(zhuǎn)換電路，所述的功率轉(zhuǎn)換電路包括抗干擾電路、前端整流電路、濾波電路、 功率驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、高頻隔離變壓器、后端整流電路和輸出濾波及輸出采樣電路， 抗干擾電路通過前端整流電路與濾波電路連接，濾波電路與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，開關(guān)電 路位于功率驅(qū)動(dòng)電路與高頻隔離變壓器之間，高頻隔離變壓器通過后端整流電路與輸出 濾波及輸出采樣電路連接，它還包括中央控制單元，所述的中央控制單元包括控制器， 所述的控制器與所述的功率驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的輸出濾波及輸出采樣電路與所述的控 制器連接。
它還包括控制及顯示模塊，所述的控制及顯示模塊與所述的中央控制單元連接。
它還包括參數(shù)信號(hào)隔離放大器，參比信號(hào)輸入模塊通過所述的參數(shù)信號(hào)隔離放大器 與所述的中央控制單元連接。
它還包括存儲(chǔ)通信模塊，所述的中央控制單元通過所述的存儲(chǔ)通訊模塊與外部網(wǎng)絡(luò) 連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于恒電位儀增加了斷電測試功能，故障識(shí)別 功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)化通訊功能設(shè)計(jì)，從而使恒電位儀使用更方便，管理更加智能化。 同時(shí)，儀器采用了開關(guān)電路和高頻逆變整流電路，使儀器紋波系數(shù)控制在1%以內(nèi)，從 而保證的陰極保護(hù)系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。


圖1為本實(shí)用新型的電路框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例 一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，包括功率轉(zhuǎn)換電路，功率轉(zhuǎn)換電路包括抗 干擾電路l、前端整流電路2、濾波電路3、功率驅(qū)動(dòng)電路4、開關(guān)電路5、高頻隔離變 壓器6、后端整流電路7和輸出濾波及輸出采樣電路8，抗干擾電路1通過前端整流電 路2與濾波電路3連接，濾波電路3與功率驅(qū)動(dòng)電路4連接，開關(guān)電路5位于功率驅(qū)動(dòng) 電路4與高頻隔離變壓器6之間，高頻隔離變壓器6通過后端整流電路7與輸出濾波及 輸出采樣電路8連接，它還包括中央控制單元9，中央控制單元9包括型號(hào)為SG3525A 的控制器?？刂破髋c功率驅(qū)動(dòng)電路4連接，輸出濾波及輸出采樣電路8與控制器連接。
它還包括控制及顯示模塊10，控制及顯示模塊10與中央控制單元9連接。
它還包括參數(shù)信號(hào)隔離放大器11，參比信號(hào)輸入模塊12通過參數(shù)信號(hào)隔離放大器 11與中央控制單元9連接。
它還包括存儲(chǔ)通信模塊13，中央控制單元9通過存儲(chǔ)通訊模塊13與外部網(wǎng)絡(luò)14連接。
恒電位儀系統(tǒng)主要包括功率轉(zhuǎn)換電路和控制單元兩部分。功率轉(zhuǎn)換電路由輸入回 路、功率轉(zhuǎn)換電路和輸出回路三部分構(gòu)成，開關(guān)電路釆用器件較少的半橋結(jié)構(gòu)。電路結(jié) 構(gòu)和功能模塊如圖l所示。功率轉(zhuǎn)換電路由高頻隔離變壓器6、整流濾波電路、開關(guān)電 路5及其功率驅(qū)動(dòng)電路4等組成。開關(guān)電路選用驅(qū)動(dòng)功耗小、開關(guān)速度快而且不會(huì)二次 擊穿的絕緣三雙極型功率管IGBT模塊，并采用抗干擾能力強(qiáng)的變壓器耦合的方式進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)。
中央控制單元的主要作用是給功率轉(zhuǎn)換電路中絕緣三雙極型功率管IGBT提供可 靠的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且該信號(hào)是脈寬可調(diào)的。設(shè)計(jì)中采用電壓模式的脈寬調(diào)制控制器 SG3525A來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。脈寬調(diào)制控制器SG3525A ，雙通道輸出，每一通道的驅(qū)動(dòng) 電流最大值達(dá)500 mA,能夠直接驅(qū)動(dòng)功率MOS管，其工作頻率高達(dá)400 kHz,還具有 欠壓切斷、可編程軟啟動(dòng)等特點(diǎn)。控制電路中采用了反饋網(wǎng)絡(luò)，輸出電壓Uout經(jīng)過采 樣后，通過控制器SG3525A的腳l與腳2的參考電壓比較放大，根據(jù)誤差的大小和極 性輸出相應(yīng)的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，然后通過分相和驅(qū)動(dòng)電路，來調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空 比，從而使輸出電壓跟隨誤差電壓的變化而變化。當(dāng)實(shí)際電位絕對(duì)值比給定值高時(shí)，控 制電路便會(huì)自動(dòng)降低脈寬輸出；反之亦然，最終使給定的電位保持恒定。另外，以 SG3525A為核心的控制器還具有過流、過壓及過熱保護(hù)、軟啟動(dòng)等功能，能保證儀器 長時(shí)間安全可靠地運(yùn)行。
故障診斷通過中央控制單元生成和執(zhí)行測試程序。數(shù)字電路部分，我們使用預(yù)定向 量測試方法進(jìn)行故障檢測，即用預(yù)先選定的測試集檢驗(yàn)電路是否正常。模擬系統(tǒng)部分使用故障字典法，即測量一定數(shù)量的測試點(diǎn)，將測得的特征與故障字典中存儲(chǔ)的故障特征 比較，以達(dá)到故障定位的目的。
通過設(shè)計(jì)自動(dòng)斷電測量參比電位，可以獲得系統(tǒng)的斷電電位數(shù)據(jù)。通過與通電電位 的對(duì)比，得出IR降的數(shù)值。在設(shè)置保護(hù)參數(shù)時(shí)，自動(dòng)提示考慮IR的大小。從而使金屬
結(jié)構(gòu)得到正確的保護(hù)。其測量方法如下步驟l、通過中心控制單元MCU發(fā)出系統(tǒng)斷
電信號(hào)，并在0.5秒內(nèi)采集斷電瞬間的參比信號(hào)，在一分鐘后通電。步驟2、重復(fù)步驟l 五次，步驟3、計(jì)算3個(gè)以上的有效數(shù)據(jù)的平均值，得到斷電電位；
通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和故障識(shí)別設(shè)計(jì)，可在出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)行故障自檢程序。 自動(dòng)找到出現(xiàn)故障的模塊，用戶可以根據(jù)提示更換故障模塊，從而達(dá)到快速維修的目的。 其檢測方法如下通過固化在系統(tǒng)中的故障測試程序，用預(yù)先選定的測試集檢驗(yàn)電路是 否正常，對(duì)于不正常的功能模塊，通過顯示故障碼的方式，可以獲知故障基本情況；
在系統(tǒng)里設(shè)計(jì)了使用鐵電存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，可以將恒電位儀2年內(nèi)的運(yùn)行數(shù) 據(jù)和參數(shù)設(shè)置存儲(chǔ)起來。
將恒電位儀的運(yùn)行參數(shù)采集后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。并通過RS485通訊接口向外部網(wǎng) 絡(luò)傳送，外部網(wǎng)絡(luò)如計(jì)算機(jī)等。從而可以在線實(shí)時(shí)提供恒電位儀及數(shù)字監(jiān)測樁的狀態(tài)實(shí) 時(shí)監(jiān)測。
權(quán)利要求1.一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，包括功率轉(zhuǎn)換電路，所述的功率轉(zhuǎn)換電路包括抗干擾電路、前端整流電路、濾波電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、高頻隔離變壓器、后端整流電路和輸出濾波及輸出采樣電路，抗干擾電路通過前端整流電路與濾波電路連接，濾波電路與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，開關(guān)電路位于功率驅(qū)動(dòng)電路與高頻隔離變壓器之間，高頻隔離變壓器通過后端整流電路與輸出濾波及輸出采樣電路連接，其特征在于它還包括中央控制單元，所述的中央控制單元包括控制器，所述的控制器與所述的功率驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的輸出濾波及輸出采樣電路與所述的控制器連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，其特征在于它還包括控制 及顯示模塊，所述的控制及顯示模塊與所述的中央控制單元連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，其特征在于它還包括參數(shù) 信號(hào)隔離放大器，參比信號(hào)輸入模塊通過所述的參數(shù)信號(hào)隔離放大器與所述的中央控制 單元連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，其特征在于它還包括存儲(chǔ) 通信模塊，所述的中央控制單元通過所述的存儲(chǔ)通訊模塊與外部網(wǎng)絡(luò)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀，抗干擾電路通過前端整流電路與濾波電路連接，濾波電路與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，開關(guān)電路位于功率驅(qū)動(dòng)電路與高頻隔離變壓器之間，高頻隔離變壓器通過后端整流電路與輸出濾波及輸出采樣電路連接，其特征在于它還包括中央控制單元，中央控制單元包括控制器，控制器與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，輸出濾波及輸出采樣電路與控制器連接，其優(yōu)點(diǎn)是恒電位儀增加了斷電測試功能，故障識(shí)別功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)化通訊功能設(shè)計(jì)，從而使恒電位儀使用更方便，管理更加智能化。同時(shí)，儀器采用了開關(guān)電路高頻逆變整流技術(shù)，使儀器紋波系數(shù)控制在1％以內(nèi)，從而保證的陰極保護(hù)系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。
文檔編號(hào)C23F13/08GK201386137SQ20092011915
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者李燦雷, 楊相鋒, 蘇俊華 申請(qǐng)人:寧波中科腐蝕控制工程技術(shù)有限公司